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1、硫化物電解質(zhì)
硫化物電解質(zhì)的研究，大概始于20世紀(jì)初，與氧化物電解質(zhì)相比，硫化物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率較高，這主要是由于S2-比O2-離子半徑大，電負(fù)性小，對鋰離子的束縛較弱，增大了自由移動的鋰離子濃度。從而獲得了高的離子電導(dǎo)率。另外，硫化物電解質(zhì)還具有柔韌性好，機械性能優(yōu)良，制備工藝簡單，與電極材料界面接觸性好等優(yōu)點，被認(rèn)為是全固態(tài)鋰電池中最具應(yīng)用潛力的電解質(zhì)材料之一。硫化物種類繁多，按照結(jié)晶形態(tài)，硫化物電解質(zhì)可分為玻璃態(tài)，玻璃陶瓷態(tài)和陶瓷晶態(tài)電解質(zhì)。表1中列出常見的硫化物固體電解質(zhì)的類別以及對應(yīng)的離子電導(dǎo)率。
表1 常見硫化物電解質(zhì)的室溫電導(dǎo)率
2、硫化物電解質(zhì)的制備方法
硫化物電解質(zhì)的制備方法主要包括熔融淬冷法、高能球磨制備法及液相合成法。
其中熔融淬冷法是獲得玻璃態(tài)硫化物電解質(zhì)最常規(guī)的技術(shù)之一。具體制備方法為：首先，將初始原料按照化學(xué)計量比混合，混合料經(jīng)高溫?zé)崽幚碇寥廴趹B(tài)，然后將熔融的樣品淬火即可得到微晶玻璃態(tài)硫化物電解質(zhì)。該方法制備的硫化物電解質(zhì)離子電導(dǎo)率可以達(dá)到10-3Scm-1，然而熔融淬冷法能耗大，熱處理溫度高，工藝繁瑣，難以大規(guī)模制備，不適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
高能機械球磨也是合成硫化物固體電解質(zhì)的常用方法，將原料與球磨介質(zhì)混合密封在球磨罐中，通過高頻振動或高速轉(zhuǎn)動，球磨過程中球磨介質(zhì)不斷與原料粉體沖擊，發(fā)生劇烈反應(yīng)并完成材料的制備，其作用機制有兩種解釋：一種是原料受到不間斷的沖擊之后產(chǎn)生高溫，發(fā)生急劇的塑性形變，產(chǎn)生局部熔融，隨后熱量擴散至附近區(qū)域，從而產(chǎn)生類似熔融淬冷的效果，形成非晶相；另一種解釋為材料經(jīng)過持續(xù)的撞擊后，內(nèi)部產(chǎn)生大量缺陷，導(dǎo)致缺陷能增加，隨著能量的提升，當(dāng)其高于非晶相與晶相之間的形成能壘時，則產(chǎn)生了非晶相，其基本原理如圖1所示。該技術(shù)的優(yōu)勢在于整個過程不需要高溫?zé)崽幚恚苽鋾r間短，安全性好，易控制，較熔融淬冷法更為簡便。而液相合成法則是將原料與溶劑混合攪拌，然后干燥熱處理即可得到硫化物電解質(zhì)，其優(yōu)點為制備方法簡單易行，省時間。缺點則是獲得的硫化電解質(zhì)離子電導(dǎo)率低，純度低。
圖1 高能球磨法制備非晶相的原理示意圖
針對固態(tài)電池相關(guān)的技術(shù)、材料、市場及產(chǎn)業(yè)等方面的問題，中國粉體網(wǎng)將于12月20-21日在常州舉辦第四屆高比能固態(tài)電池關(guān)鍵材料技術(shù)大會。屆時，華中科技大學(xué)余創(chuàng)教授將作題為《功能型硫化物電解質(zhì)的設(shè)計及分級利用構(gòu)筑高性能全固態(tài)鋰電池》的報告。報告將對硫化物電解質(zhì)的設(shè)計及分級利用的相關(guān)問題進(jìn)行詳細(xì)解讀，并介紹其研究成果。該研究基于硫化物和鹵化物固態(tài)電解質(zhì)，討論了基于“木桶短板原理”設(shè)計功能型的固態(tài)電解質(zhì)材料，并且依據(jù)不同電解質(zhì)的理化性能不同實行分級利用的原則，最終構(gòu)筑高性能的全固態(tài)鋰電池。
專家簡介：
余創(chuàng)，九三學(xué)社社員，華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院教授，國家海外青年項目和湖北省高層項目入選者，武漢市“武漢英才”產(chǎn)業(yè)領(lǐng)軍(創(chuàng)新類)人才入選者，湖北省科技廳高端專家?guī)鞂＜摇?009年于哈爾濱工程學(xué)院材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院獲學(xué)士學(xué)位；2012年于中國科學(xué)院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所獲碩士學(xué)位；2017年于荷蘭代爾夫特理工大學(xué)獲博士學(xué)位；先后在荷蘭代爾夫特理工大學(xué)和加拿大西安大略大學(xué)從事博士后研究工作，2020年12月加入華中科技大學(xué)電氣工程學(xué)院。近年來主要從事電化學(xué)儲能領(lǐng)域研究工作，主要集中在全固態(tài)電池及其關(guān)鍵材料研究領(lǐng)域。目前承擔(dān)或參與國家自然科學(xué)基金面上項目(主持)、科技部重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項(青年科學(xué)家項目，技術(shù)骨干)，科技部重點研發(fā)計劃智能電網(wǎng)技術(shù)重點專項(青年科學(xué)家項目，技術(shù)骨干)，福建能源器件科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新實驗室開放基金(主持)等多項科研項目。已經(jīng)在《Nature Materials》《J.Am.Chem.Soc.》《Nature Communications》等國際期刊發(fā)表論文90余篇，其中一作/通訊文章40余篇，發(fā)表文章被引用2800余次，發(fā)表英文專章3章，擔(dān)任《eScience》《Energy Environmental Materials》《Energy Material Advances》《Rare Metals》《Chinese Chemical Letters》《International Journal of Minerals》《Metallurgy and Materials》等期刊青年編委。目前研究方向主要為面向電網(wǎng)的電化學(xué)儲能技術(shù)，高性能全固態(tài)電池關(guān)鍵材料和技術(shù)及極端環(huán)境下應(yīng)用的固態(tài)器件開發(fā)等。
參考來源：
伊竟廣.硫化物基固體電解質(zhì)及界面研究
秦志光等.硫化物固態(tài)電解質(zhì)在全固態(tài)電池中的應(yīng)用研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/文正）
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